支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響*

沈渭濱，趙之晗

(1. 延長油田股份有限公司子長采油廠，陜西延安 716000；2. 河北雄安華油清潔能源有限公司，河北任丘 062552)

致密砂巖儲層通常具有超低孔、低滲的特點，自然產(chǎn)能極低，往往需要采用水力壓裂的方式來達(dá)到增產(chǎn)的目的，其中裂縫導(dǎo)流能力的大小是評價壓裂施工成功與否的關(guān)鍵[1-3]。致密砂巖儲層壓裂施工后，在地層閉合壓力的作用下，支撐劑會不可避免地嵌入到裂縫壁面中，支撐劑的嵌入會降低已形成裂縫的有效縫寬，從而引起裂縫導(dǎo)流能力的下降。因此，研究支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響，能夠為現(xiàn)場壓裂施工選擇合適的支撐劑及其他施工參數(shù)提供參考[4-7]。

國內(nèi)外學(xué)者針對支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響開展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果[8-12]。郭建春等[13]采用自主設(shè)計的支撐劑嵌入程度測試裝置，評價了鋪砂濃度、閉合壓力以及巖石楊氏模量對支撐劑嵌入程度的影響。郭天魁等[14]采用API裂縫導(dǎo)流能力測試儀評價了不同支撐劑類型、支撐劑粒徑、閉合壓力、鋪砂濃度以及支撐劑物性對支撐劑嵌入程度以及裂縫導(dǎo)流能力的影響。李超等[15]采用自主研制的支撐劑嵌入測試分析系統(tǒng)和支撐劑裂縫導(dǎo)流能力測試系統(tǒng)，研究了閉合壓力、楊氏模量、工作液類型、礦物類型以及含量對支撐劑嵌入深度的影響，并在此基礎(chǔ)上評價了支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響。筆者在參考以往研究成果的基礎(chǔ)上，以鄂爾多斯盆地某致密砂巖油藏儲層段巖樣為研究對象，利用改進(jìn)的FCES-100型導(dǎo)流能力測試儀評價了不同類型支撐劑、支撐劑粒徑以及鋪砂濃度條件下支撐劑嵌入對裂縫縫寬和導(dǎo)流能力的影響，為降低致密砂巖儲層壓裂施工時支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力產(chǎn)生的損害提供一定的依據(jù)和參考。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

試驗用巖樣：取自鄂爾多斯盆地某致密砂巖油藏儲層段，其彈性模量為41 500 MPa，泊松比為0.16。試驗用工作液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%氯化鉀溶液。

試驗用支撐劑：石英砂(0.425～0.85 mm，20～40目)，陶粒(0.425～0.85 mm，20～40目)，陶粒(0.25～0.425 mm，40～60目)，陶 粒(0.15～0.212 mm，70～100目)，不同支撐劑性能參數(shù)見表1。

表1 試驗用支撐劑性能參數(shù)

1.2 試驗儀器

試驗儀器使用改進(jìn)的FCES-100型導(dǎo)流能力測試儀，儀器按照API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，主要包括導(dǎo)流室、平流泵、壓力加載裝置、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，最高試驗溫度可以達(dá)到180 ℃，最高試驗壓力可以達(dá)到150 MPa。

1.3 試驗方案

將試驗用巖樣按照導(dǎo)流室測試腔體的尺寸加工成導(dǎo)流板，支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響試驗分別采用金屬鋼板和致密砂巖板進(jìn)行對比測試。首先進(jìn)行金屬鋼板測試試驗，使用鋼板模擬裂縫縫壁，將支撐劑充填于裂縫中，在支撐劑沒有嵌入的情況下測定裂縫的縫寬和導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化情況。然后將金屬鋼板換成致密砂巖導(dǎo)流板再次進(jìn)行試驗，測定在有支撐劑嵌入的情況下裂縫的縫寬和導(dǎo)流能力隨閉合壓力的變化情況，以此評價支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響。試驗溫度為80 ℃，流體流速為4 mL/min，閉合壓力最高為80 MPa。

2 結(jié)果與討論

2.1 支撐劑類型

為考察不同類型支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響，分別采用石英砂和陶粒開展了不同閉合壓力時支撐劑嵌入對縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的影響試驗，支撐劑粒徑均為20～40目，鋪砂濃度均為7.5 kg/m2。試驗結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 不同類型支撐劑嵌入對縫寬的影響

圖2 不同類型支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖1可見：隨著閉合壓力的逐漸增大，石英砂和陶粒在致密砂巖板上的嵌入程度均逐漸增大，縫寬逐漸下降。其中石英砂由于圓球度和硬度均小于陶粒，其在致密砂巖板上的嵌入程度要高于陶粒。由此可見，使用陶粒作為支撐劑的巖板，其縫寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石英砂。

由圖2可見：不同類型支撐劑嵌入后對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響差別較大，當(dāng)閉合壓力為80 MPa時，石英砂和陶粒作為支撐劑時嵌入引起導(dǎo)流能力的下降幅度分別為91.4%和22.3%，陶粒的導(dǎo)流能力明顯高于石英砂。這既與石英砂在致密砂巖板上的嵌入程度高于陶粒有關(guān)，也與石英砂的強(qiáng)度較低，在高閉合壓力條件下其破碎率較高有關(guān)，支撐劑破碎后對裂縫產(chǎn)生堵塞也會導(dǎo)致導(dǎo)流能力的下降。因此，在致密砂巖儲層壓裂施工過程中，應(yīng)選擇嵌入程度較小的陶粒作為支撐劑。

2.2 支撐劑粒徑

為考察不同粒徑支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響，分別采用不同粒徑的陶粒開展了不同閉合壓力時支撐劑嵌入對縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的影響試驗，鋪砂濃度均為7.5 kg/m2。試驗結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 不同粒徑支撐劑嵌入對縫寬的影響

圖4 不同粒徑支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖3可見：隨著閉合壓力的增大，不同粒徑的陶粒支撐劑在致密砂巖板上的嵌入程度均逐漸增大，縫寬逐漸下降，并且隨著支撐劑粒徑的減小，縫寬下降的幅度越來越大。由此說明支撐劑粒徑越小，有效縫寬越小。

由圖4可見：不同粒徑的陶粒支撐劑嵌入對裂縫的導(dǎo)流能力均產(chǎn)生了一定的影響。當(dāng)閉合壓力較低時，支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響較小；而當(dāng)閉合壓力較高時，支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響程度增大。并且隨著支撐劑粒徑的減小，支撐劑嵌入導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力下降的幅度越來越大，當(dāng)閉合壓力為80 MPa時，20～40目、40～60目和70～100目陶粒支撐劑嵌入引起導(dǎo)流能力的下降幅度分別為22.3%、35.4%和65.2%。這是由于支撐劑粒徑越大，裂縫的有效縫寬越大，其導(dǎo)流能力值就越大，因此，為了降低支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能選擇粒徑較大的支撐劑。

2.3 鋪砂濃度

為考察不同鋪砂濃度時支撐劑嵌入對致密砂巖儲層裂縫導(dǎo)流能力的影響，在鋪砂濃度分別為5.0，7.5，10 kg/m2時開展了不同閉合壓力時支撐劑嵌入對縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的影響試驗，支撐劑均為20～40目陶粒。試驗結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 不同鋪砂濃度時支撐劑嵌入對縫寬的影響

圖6 不同鋪砂濃度時支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響

由圖5可見：隨著閉合壓力的增大，不同鋪砂濃度的支撐劑在致密砂巖板上的嵌入程度均逐漸增大，縫寬均逐漸下降，并且隨著鋪砂濃度的增大，縫寬下降的幅度越來越小，即鋪砂濃度越大，有效縫寬越大。

由圖6可見：鋪砂濃度越大，裂縫的導(dǎo)流能力越大，在不同鋪砂濃度條件下陶粒支撐劑嵌入對裂縫的導(dǎo)流能力均產(chǎn)生了一定的影響，并且隨著鋪砂濃度的增大，支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響越來越小。當(dāng)閉合壓力為80 MPa，鋪砂濃度分別為5.0，7.5，10 kg/m2時，陶粒支撐劑嵌入引起導(dǎo)流能力的下降幅度分別為52.2%，22.3%，16.6%。這是由于當(dāng)鋪砂濃度越大時，支撐劑鋪展的層數(shù)就越多，裂縫的初始導(dǎo)流能力就越大，而隨著閉合壓力的升高，支撐劑逐漸嵌入巖板，在低鋪砂濃度下，嵌入層數(shù)占總鋪砂層數(shù)的比例就相對較大，支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響程度就大于高鋪砂濃度。因此，在致密砂巖儲層壓裂施工過程中，為保證裂縫具有良好的導(dǎo)流能力，應(yīng)盡可能采用相對較高的鋪砂濃度進(jìn)行壓裂，以降低支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響。

3 結(jié)論及建議

以鄂爾多斯盆地某致密砂巖油藏儲層段巖樣為研究對象，利用改進(jìn)的FCES-100型導(dǎo)流能力測試儀評價了不同類型支撐劑、支撐劑粒徑以及鋪砂濃度條件下支撐劑嵌入對裂縫縫寬和導(dǎo)流能力的影響，得到如下結(jié)論。

1)在相同的試驗條件下，石英砂和陶粒在致密砂巖板上的嵌入對縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的影響差距較大，石英砂的影響程度大于陶粒。

2)支撐劑粒徑和鋪砂濃度不同，其在致密砂巖板上嵌入時對縫寬和裂縫導(dǎo)流能力的影響也不同，支撐劑粒徑和鋪砂濃度越小，有效縫寬越小，支撐劑嵌入導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力的下降幅度越大。

建議在致密砂巖儲層壓力施工過程中，應(yīng)根據(jù)儲層特征和現(xiàn)場實際情況，選擇合適的支撐劑類型、粒徑以及鋪砂濃度等施工參數(shù)，最大程度地降低支撐劑嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響。